一种用于城市群区域洪水风险区划的精细化诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种用于城市群区域洪水风险区划的精细化诊断方法，利用GIS空间数据分析功能对各个指标进行数据栅格化与标准化处理，构建与指标体系对应的判断矩阵，计算各类指标的相对权重以及不同栅格单元洪水危险度，由此实现基于模糊层次分析法的城市群区域洪水危险度评价模型的建立与洪水风险图的绘制，从而开展洪水风险诊断，从暴雨分布特征、历史洪灾分布特点、各城市暴雨积水风险分布特征等角度，全方位多角度地系统诊断城市群区域的洪水风险分布特征。本发明专利技术实现了准确计算不同危险区洪水危险度及危险等级，科学客观地将多指标问题综合成单指标形式，构造出能够有效衡量洪水风险大小的单一指标，为洪水危险区域划分提供可靠的技术支撑手段。

A refined diagnosis method for regional flood risk zoning of Urban Agglomerations

The invention discloses a refined diagnosis method for flood risk zoning of urban agglomeration area, which uses GIS spatial data analysis function to grid and standardize data of each index, constructs judgment matrix corresponding to index system, calculates relative weight of each index and flood risk degree of different grid units, so as to realize the city based on Fuzzy AHP Based on the establishment of flood risk evaluation model and the drawing of flood risk map, the flood risk diagnosis is carried out. The flood risk distribution characteristics of urban agglomeration are systematically diagnosed from the aspects of rainstorm distribution characteristics, historical flood distribution characteristics and risk distribution characteristics of rainstorm and ponding in each city. The invention realizes the accurate calculation of flood risk degree and risk grade in different risk areas, scientifically and objectively synthesizes the multi index problems into a single index form, constructs a single index which can effectively measure the flood risk, and provides reliable technical support means for the division of flood risk areas.

【技术实现步骤摘要】
一种用于城市群区域洪水风险区划的精细化诊断方法
本专利技术涉及应急防灾诊断
，尤其涉及一种洪水风险评价与诊断方法的构建。
技术介绍
城市群是由若干个密集分布的不同等级的城市及其腹地通过空间相互作用而形成的城市区域系统。随着城市化进程的加快，极端气候频繁发生，地面不透水面积不断增大，人口和财富不断聚集，城市洪涝灾害风险越来越大，给人们的生产和生活造成了极大威胁。因此对城市群区域进行洪水风险区划并精确诊断该区域的洪水风险分布特征既是城市应急防灾的重要依据，也是城市风险管理与可持续发展的需要。目前洪水风险区划主要有主成分分析法和层次分析法，这两种方法在一定程度上能够反映洪水风险的分布特征，但也存在一些不足，如主成分分析法在指标权重确定方面存在无序问题；层次分析法具有主观确定权重的任意性。另外，目前的洪水风险区划主要以区县等行政边界划分评价单元，由于空间尺度过大无法精确定位洪水风险。因此，为了完善目前风险区划方法以及评价单元尺度较大等不足，本专利技术提供了针对城市群区域的精细洪水风险区划的模糊层次分析法，以便精确而又客观地诊断城市群区域的洪水风险特征，为完善与实施洪灾应急预案、增强对洪灾的应急管理能力等方面提供科学依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种用于城市群区域洪水风险区划的精细化诊断方法，采用层次分析法与模糊综合评价方法相融合，基于栅格技术对城市群区域洪水风险进行精细区划和诊断，旨在对城市经济群区域进行洪水风险区划并诊断该区域的洪水风险分布特征，为研究城市洪灾风险评价与应急管理及城市群区域的协同发展提供重要参考依据。本专利技术的一种城市不同下垫面减灾效应分析方法，其流程包括以下步骤：步骤一、构建洪水风险评价指标体系，所构建的评价指标体系别为目标层、准则层和指标层3个层次，其中目标层为洪水危险度单一目标；准则层包括致灾因子、孕灾环境、承灾体；指标层的设定应与准则层相对应，致灾因子包括降雨、暴雨频数和历史洪水淹没频次、承灾体包括海拔高度、地形坡度和流域水系缓冲区，承灾体包括人口密度、人均GDP和水利工程防洪能力；步骤二、对步骤一中的数据进行标准化处理，暴雨量、历史洪水淹没频次、人口密度、人均GDP与洪水危险度为正相关关系，海拔高程、地形坡度、流域水系缓冲区级别、防洪能力与洪水危险度成为负相关关系；针对负相关指标，求其倒数，实现其与正相关指标之间的转换；洪水危险度指标数据的标准化处理公式如下：式中，xi为某指标各栅格点原始数据系列，xmax和xmin分别为其中的最大和最小值；xi’为标准化以后的值，介于0到100之间；步骤三、确定评价指标权重：通过确定上下层之间元素的隶属关系，建立递阶层次结构，对同一层次相同隶属关系的各个指标元素，使用两两比较的方法来确定其相对重要性，由此构造判断矩阵，并将其转化为模糊判断矩阵，获得相应权重值，具体包括以下处理：步骤31、递阶层次结构建立之后，上下层之间元素的隶属关系已被确定，提取洪水灾害风险评价指标；步骤32、假定以上一层元素为准则，所支配的下一层元素为u1，u2，…，un，使用两两比较的方法，按它们对于上一层元素的相对重要性赋予相应的权重，这样，n个被比较元素构造两两比较判断矩阵：A＝(aij)n×n(12)其中，ui与uj表示相互比较的下层指标元素，aij表示元素ui与uj相对于上一层元素的重要性比例标度；步骤33、根据比例标度转换公式，将判断矩阵转化为模糊互补判断矩阵Bn×n，表达式如下：bij＝logαaij+0.5(13)Bn×n＝(bij)n×n(14)式中，bij为ui与uj相对于上层元素的过渡比例标度，bij＝0.5时，ui与uj重要性相同；bij>0.5时，ui比uj重要；bij<0.5时，uj比ui重要，且需满足bii＝0.5，bij+bji＝1α≥81≥81；将模糊互补判断矩阵转化为模糊一致判断矩阵Rn×n，Rn×n＝(rij)n×n(17)步骤34、求相应权重向量，即根据一致性检验合格的判断矩阵，计算各层评价指标对于洪水危险度(决策目标)的相对权重w1，w2，…，wn，相对权重可以写成向量形式，即ω＝(W1,W2,...,Wn)T；步骤35、将模糊一致判断矩阵Rn×n进行归一化处理，并运用特征根法，即公式(18)，求出最大特征值λmax；Rn×nω＝λmaxω(18)步骤36、进行一致性检验，即通过最大特征值λmax计算一致性指标CI：当CI＝0，完全一致；CI值越小，模糊一致判断矩阵越贴近安全一致度；为防止判断矩阵偏离安全一致度，引入了平均随机一致性指标RI，并取CR为衡量矩阵一致性的指标：当CR≤0.1，则认为模糊一致判断矩阵的一致性可以接受，否则应认为模糊一致判断矩阵不满足一致性，需要对判断矩阵进行调整，直至一致性检验达到要求为止；步骤四、建立洪水危险度评价模型并绘制洪水风险图；步骤五、利用洪水风险图进行洪水风险诊断。与现有方法相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术针对经济城市群区域的洪水特点，提供了一种洪灾风险区划的诊断方法，准确计算不同危险区洪水危险度及危险等级，并基于GIS平台绘制了不同危险区等级分布图，可视化展示城市群区域的洪水风险与危险程度分布特征；本方法规避了层次分析法评价受多个因素制约的事物或对象时的模糊性及主观性等缺点，极大地优化了权重计算步骤，最终实现了判断矩阵一致性与决策者思维的统一；此外，所述方法通过分析比较洪水危险度评价各类指标及其所占权重，科学客观地将多指标问题综合成单指标形式，构造出能够有效衡量洪水风险大小的单一指标，为洪水危险区域划分提供了一种可靠的技术支撑手段。附图说明图1为本专利技术的一种用于城市群区域洪水风险区划的精细化诊断方法整体流程示意图；图2为本专利技术的权重确定方法中FAHP模糊层次分析法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处描述的具体实施方式仅用于解释说明本专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1所示，为本申请的一种洪水风险区划的诊断方法流程框图，该流程具体包括以下步骤：步骤1、根据危险概念框架及洪水成灾系统，在综合考虑洪水风险评价指标体系确定的目的性、系统性、科学性和可操作性原则的基础上，基于GIS平台构建洪水风险评价指标体系，将洪水风险评价指标体系分成3个层次即分别为目标层、准则层和指标层，根据指标体系层次关系，建立为递阶层次结构，如表1所示为“指标层、准则层、目标层”递阶层次结构模型。其中目标层为洪水危险度单一目标；准则层考虑了洪水成灾系统的基本组成，包括致灾因子、孕灾环境和承灾体；而指标层的设定应与准则层相对应，相应的评价指标选取自包括降雨、暴雨频数、历史洪水淹没频次、海拔高度、地形坡度、所在水系缓冲区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市不同下垫面减灾效应分析方法，其特征在于，该方法包括以下流程：/n步骤一、构建洪水风险评价指标体系，所构建的评价指标体系别为目标层、准则层和指标层3个层次，其中目标层为洪水危险度单一目标；准则层包括致灾因子、孕灾环境、承灾体；指标层的设定应与准则层相对应，致灾因子包括降雨、暴雨频数和历史洪水淹没频次、承灾体包括海拔高度、地形坡度和流域水系缓冲区，承灾体包括人口密度、人均GDP和水利工程防洪能力；/n步骤二、对步骤一中的数据进行标准化处理，/n暴雨量、历史洪水淹没频次、人口密度、人均GDP与洪水危险度为正相关关系，海拔高程、地形坡度、流域水系缓冲区级别、防洪能力与洪水危险度成为负相关关系；针对负相关指标，求其倒数，实现其与正相关指标之间的转换；洪水危险度指标数据的标准化处理公式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种城市不同下垫面减灾效应分析方法，其特征在于，该方法包括以下流程：
步骤一、构建洪水风险评价指标体系，所构建的评价指标体系别为目标层、准则层和指标层3个层次，其中目标层为洪水危险度单一目标；准则层包括致灾因子、孕灾环境、承灾体；指标层的设定应与准则层相对应，致灾因子包括降雨、暴雨频数和历史洪水淹没频次、承灾体包括海拔高度、地形坡度和流域水系缓冲区，承灾体包括人口密度、人均GDP和水利工程防洪能力；
步骤二、对步骤一中的数据进行标准化处理，
暴雨量、历史洪水淹没频次、人口密度、人均GDP与洪水危险度为正相关关系，海拔高程、地形坡度、流域水系缓冲区级别、防洪能力与洪水危险度成为负相关关系；针对负相关指标，求其倒数，实现其与正相关指标之间的转换；洪水危险度指标数据的标准化处理公式如下：



式中，xi为某指标各栅格点原始数据系列，xmax和xmin分别为其中的最大和最小值；xi’为标准化以后的值，介于0到100之间；
步骤三、确定评价指标权重：通过确定上下层之间元素的隶属关系，建立递阶层次结构，对同一层次相同隶属关系的各个指标元素，使用两两比较的方法来确定其相对重要性，由此构造判断矩阵，并将其转化为模糊判断矩阵，获得相应权重值，具体包括以下处理：
步骤31、递阶层次结构建立之后，上下层之间元素的隶属关系已被确定，提取洪水灾害风险评价指标；
步骤32、假定以上一层元素为准则，所支配的下一层元素为u1，u2，…，un，使用两两比较的方法，按它们对于上一层元素的相对重要性赋予相应的权重，这样，n个被比较元素构造两两比较判断矩阵：
A＝(aij)n×n(12)
其中，ui与uj表示相互比较的下层指标元素，aij表示元素ui与uj相对于上一层元...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑希民，王秀杰，田福昌，桑林浩，孙瑀，王艳鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12